Đề tài: Thiết kế phân xưởng sản xuất ethylbenzene bằng phương pháp alkyl hoá

Ngày nay, phần lớn EB dùng để sản xuất Styrene monomer ( SM ), một lượng nhỏ hơn 1 % được sử dụng làm dung môi. Bởi vậy, nhu cầu của EB xác định qua sản lượng Styrene. Hầu hết Styrene dùng trong lĩnh vực polymer, sản xuất polystyrene, acrylonitrile– butadiene– styrene (ABS), nhựa styrene– acrylonitrile (SAN), styrene– butadiene, nhựa polyester không no. Styrene ứng dụng nhiều trong các lĩnh vực như công nghiệp điện, xây dựng, đóng gói và sản phẩm tiêu dùng.Lượng tiêu thụ EB cho các ứng dụng khác ngoài sản xuất Styrene được đánh giá nhỏ hơn 1 %. Các ứng dụng này bao gồm việc sử dụng EB làm dung môi, ngoài ra để sản xuất diethylbenzene, acetophenone and ethyl anthraquinone. Biểu đồ dưới đây chỉ ra lượng tiêu thụ EB trên thế giới.

THIẾT KẾ PHÂN XƯỞNG SẢN XUẤT ETHYLBENZENE BẰNG PHƯƠNG PHÁP ALKYL HÓA PHẦN MỞ ĐẦU Ngày nay, phần lớn EB dùng để sản xuất Styrene monomer ( SM ), lượng nhỏ % sử dụng làm dung môi Bởi vậy, nhu cầu EB xác định qua sản lượng Styrene Hầu hết Styrene dùng lĩnh vực polymer, sản xuất polystyrene, acrylonitrile-butadiene-styrene (ABS), nhựa styrene-acrylonitrile (SAN), styrene-butadiene, nhựa polyester không no Styrene ứng dụng nhiều lĩnh vực cơng nghiệp điện, xây dựng, đóng gói sản phẩm tiêu dùng.Lượng tiêu thụ EB cho ứng dụng khác sản xuất Styrene đánh giá nhỏ % Các ứng dụng bao gồm việc sử dụng EB làm dung mơi, ngồi để sản xuất diethylbenzene, acetophenone and ethyl anthraquinone Biểu đồ lượng tiêu thụ EB giới Tỷ lệ EB giới giảm năm 2008, kết suy thoái kinh tế giới, dẫn tới nhu cầu Styrene dần bị thu hẹp lại Các nhà sản xuất Mỹ, Tâu Âu, Nhật phản đối việc tăng giá nguyên liệu, dẫn tới làm giảm suất , hình thành cơng ty liên hợp Khu vực Trung Đông Trung Quốc, suất EB / Styrene tiếp tục tăng dự đoán nhu cầu tăng Trong Trung Nam Mỹ tỷ lệ sử dụng giảm 2008 Thị trường giới hồi phục chậm Nhu cầu EB giới tăng mức trung bình hàng năm 2.9% từ 2008 tới 2013, trông chờ tăng nhanh khu vực Trung Đông Trung Quốc PHẦN TỔNG QUAN LÝ THUYẾT I Giới thiệu sản phẩm Ethylbenzene, phenylethane, C6H5CH2CH3 hợp chất Alkyl thơm đơn vịng, có ý nghĩa quan trọng công nghiệp tổng hợp hữu hóa dầu Phần lớn ( > 99 % ) sử dụng làm nguyên liệu cho trình sản xuất Styrene monomer C6H5CH=CH2 50 % trình sản xuất benzene giới Cịn lại % ethylbenzene sử dụng làm dung môi cho sơn, nguyên liệu cho trình sản xuất diethylbenzene acetophenone Hầu hết Ethylbenzene sản xuất trình alkyl hóa benzene với ethylene Cơng nghệ sử dụng xúc tác Zeolit với tỉ lệ Benzene / Toluene thấp, giúp giảm thiểu kích thước thiết bị giảm lượng sản phẩm phụ Công nghệ dùng xúc tác Zeolite tổng hợp thiết bị phản ứng dạng tầng cố định, q trình Alkyl hóa xúc tác pha lỏng Một công nghệ khác sử dụng Zeolite tổng hợp mao quản trung bình, thiết bị phản ứng dạng tầng cố định, q trình Alkyl hóa xúc tác pha Một lượng đáng kể Ethylbenzene sản xuất q trình Alkyl hóa xúc tác đồng thể AlCl3 pha lỏng Xu hướng gần công nghiệp cải tiến công nghệ sử dụng Zeolite Q trình Alkyl hóa hydrocacbon thơm với olefin có mặt xúc tác AlCl3 đời vào năm 1879 Balsohn Tuy nhiên Friedel Crafts người tiên phong, có nhiều nghiên cứu q trình Alkyl hóa xúc tác AlCl3 Vài nhà máy xây dựng suốt năm 60 để thu hồi Ethylbenzene việc chưng hỗn hợp Xylene, sản phẩm trình reforming xúc tác nhà máy lọc hóa dầu Tuy nhiên cơng nghệ không phát triển vốn đầu tư giá lượng cao, quy mô kinh tế nhỏ so với q trình Alkyl hóa thơng thường Ethylbenzene sản xuất lần quy mô công nghiệp vào năm 1930 hãng Dow Chemical Mỹ BASF Đức Công nghiệp sản xuất Ethylbenzene / Styrene chưa coi trọng chiến tranh giới II Nhu cầu lớn cao su tổng hợp Styrene-Butadiene ( SBR ) suốt chiến tranh nhanh chóng thúc đẩy việc cải tiến công nghệ tăng sản lượng Những nỗ lực đáng kể suốt thời gian chiến tranh dẫn tới việc hình thành nhà máy quy mơ lớn q trình sản xuất Styrene nhanh chóng trở thành ngành công nghiệp quan trọng Vào năm 1999, suất Ethylbenzene năm giới 25*106 t Năm 1990, hầu hết sản lượng nước phương Tây tăng nhanh so với Nhật, nơi mà ngành cơng nghiệp hóa dầu trải qua bước phát triển mở rộng đáng kể Tính chất vật lý Ở điều kiện thường, Ethylbenzene chất lỏng suốt, không màu với mùi thơm đặc trưng Ethylbenzene có kích thích lên da mắt, độc tính vừa phải, qua đường ăn uống, hít thở hấp phụ qua da Dưới vài tính chất vật lý Ethylbenzene : 15 0C : 0.87139 g/cm3 Khối lượng riêng 20 0C : 0.867 g/cm3 25 0C : 0.86262 g/cm3 Nhiệt độ nóng chảy : -94.949 0C Nhiệt độ sơi 101.3 kPa : 136.2 0C Chỉ số khúc xạ 20 0C : 1.49588 25 0C : 1.4932 Áp suất tới hạn : 3609 kPa ( 36.09 bar ) Nhiệt độ tới hạn : 344.02 0C Nhiệt độ chớp cháy : 15 0C Nhiệt độ tự bốc cháy : 460 0C Giới hạn cháy : % : 6.7 % Ẩn nhiệt nóng chảy : 86.3 J/g hóa : 335 J/g Giá trị nhiệt lượng tổng : 42999 J/g thực : 40928 J/g Độ nhớt động học 37.8 0C : 0.6428*10 -6 m2/s 98.9 0C : 0.39*10 -6 m2/s Sức căng bề mặt Nhiệt lượng riêng : 28.48 mN/m khí lý tưởng, 25 0C : 1169 Jkg -1K -1 lỏng, 25 0C : 1752 Jkg -1K -1 Giới hạn nén : 0.263 Tính chất hóa học Phản ứng quan trọng Ethylbenzene dehydro hóa tạo thành Styrene Phản ứng tiến hành nhiệt độ cao 600-660 0C, xúc tác Kali mang oxit sắt Hơi dùng để pha lỗng Thơng thường độ chọn lọc Styrene khoảng 90-97 % mol với độ chuyển hóa từ 60-70 % Phản ứng phụ gồm dealkyl hóa Ethylbenzene tạo thành benzene toluene Một phản ứng quan trọng oxi hóa Ethylbenzene khơng khí tạo thành hydroperoxide C6H5CH(OOH)CH3 Phản ứng tiến hành pha lỏng không cần xúc tác Tuy nhiên hydroperoxide không ổn định, dễ phân hủy nhiệt độ cao, phải tối thiểu hóa để giảm tỷ lệ phân hủy Sự hình thành sản phẩm phụ giảm trì nhiệt độ thấp suốt thời gian phản ứng Hydroperoxide sau xử lý với propylene tạo thành Styrene propylene oxide Năm 1999, 15 % Ethylbenzene sản xuất giới sử dụng để sản xuất Styrene monomer propylene oxide Giống Toluene, Ethylbenzene dealkyl hóa tác dụng xúc tác nhiệt tạo thành benzene Ngoài Ethylbenzene cịn nhiều phản ứng khác điển hình cho hợp chất alkyl thơm Các phương pháp sản xuất Alkyl hóa Benzene với Ethylene nguồn gần để sản xuất Ethylbenzene Trong vài thập kỷ, hầu hết trình Alkyl hóa dùng axit Lewis hịa tan, đa phần AlCl3 làm xúc tác cho phản ứng pha lỏng 40% Ethylbenzene sản xuất giới sử dụng dựa phương pháp Mặc dù phương pháp không cạnh tranh mặt kinh tế giá thành xử lý nước thải tăng Thêm nữa, trình ăn mịn thiết bị đường ống Từ đầu năm 1980, công nghệ sử dụng Zeolite, tiến hành pha gần pha lỏng sử dụng nhiều nhà máy Ngày gia tăng áp lực mơi trường kích thích việc cải tiến cơng nghệ dùng AlCl3 sang cơng nghệ sử dụng Zeolite Khoảng 106 t suất nhà máy chuyển sang công nghệ Zeolite từ 1997 tới 1999 Chỉ số lượng nhỏ nhà máy giới dùng phương pháp sản xuất Ethylbenzene cách chưng hỗn hợp hydrocacbon thơm C8 3.1 Q trình Alkyl hóa với xúc tác acid Lewis, không sử dụng Zeolite Công nghệ Aluminum Chloride pha lỏng thương mại hóa lần vào năm 1930 Những công ty phát triển công nghệ gồm có Dow Chemical, BASF, Shell Chemical, Monsanto/Lummus, Soci´et´e Chimiques des Charbonnages, Union Carbide/Badger Nhiều nhà máy hoạt động, đa phần số chúng sử dụng công nghệ Monsanto/Lummus, công nghệ ưu việt số công nghệ sử dụng Aluminum Chloride Lumus không tiếp tục phát triển công nghệ với việc thương mại hóa cơng nghệ sử dụng Zeolite pha lỏng vào 1990 Q trình Alkyl hóa benzene với ethylene tỏa nhiệt mạnh ( ΔH = − 114 kJ/mol ) Sự có mặt AlCl3 làm phản ứng diễn nhanh, tăng lượng ethylbenzene thu Ngồi xúc tác AlCl3 dùng AlBr3, FeCl3, ZrCl4, BF3 Công nghệ sử dụng ethyl chloride hydrogen chloride làm chất trợ xúc tác, có tác dụng làm giảm lượng AlCl3 yêu cầu Cơ chế phản ứng nghiên cứu chi tiết [5] Công nghệ AlCl3 thường cũ hơn, ngày sử dụng ( hình ), gồm pha : pha lỏng hydrocacbon thơm, pha khí ethylene, xúc tác dạng phức pha lỏng ( phức chất có màu đỏ nâu gọi red oil ) Figure Aluminum chloride process for ethylbenzene production a) Catalyst mix tank; b) Alkylation reactor; c) Settling tank; d) Acid separator; e) Caustic separator; f) Water separator; g) Benzene recovery column; h) Benzene dehydrator column; i) Ethylbenzene recovery column; j) Polyethylbenzene column Hỗn hợp xúc tác, benzene khơ polyalkylbenzene tuần hồn đưa vào thiết bị phản ứng, khuấy trộn mạnh nhằm phân tán pha, pha xúc tác hydrocacbon thơm Ethylene trợ xúc tác thêm vào hỗn hợp phản ứng qua vòi phun, 100% ethylene chuyển hóa Những nhà máy điển hình hoạt động với tỷ lệ mol ethylene / benzene từ 0.3-0.35 Tỷ lệ tăng có thêm nhiều phản ứng phụ chuyển mạch alkyl, isome hóa xếp lại mạch C Q trình alkyl hóa ethylbenzene dẫn tới q trình hồn ngun lại polyalkylbenzene tạo thành phân tử có khối lượng thấp Nguyên nhân việc giảm hiệu suất tạo thành nhựa, cốc Để khắc phục cho tuần hoàn lại chất tới thiết bị phản ứng alkyl hóa Mặt khác phản ứng dừng đạt tới cân nhiệt Các công nghệ truyền thống sử dụng thiết bị phản ứng đơn để alkyl hóa benzene chuyển mạch alkyl polyalkylbenzene Nhiệt độ phản ứng giới hạn tới 130 0C, nhiệt độ cao xúc tác nhanh hoạt tính, ưu tiên tạo hydrocacbon không thơm polyalkylbenzene, chất hấp thụ xúc tác axit dạng phức tạo thành sản phẩm phụ Áp suất cần đủ trì để phản ứng xảy pha lỏng Do hỗn hợp phản ứng có tính ăn mịn cao, thiết bị alkyl hóa phải bọc gạch thủy tinh Hệ thống đường ống vận chuyển yêu cầu làm hợp kim Sản phẩm lỏng thiết bị phản ứng làm lạnh xả vào thiết bị lắng Pha xúc tác nặng lắng từ pha lỏng hữu tuần hoàn lại Pha hữu rửa với nước kiềm để loại AlCl3 trợ xúc tác Pha tinh thể từ cụm xử lý trung hòa sau hồn ngun lại dung dịch AlCl3 bão hịa cặn nhơm hydroxit Việc loại bỏ xúc tác hòa tan từ sản phẩm hữu thử thách với nhà sản xuất ethylbenzene CdF Chimie tìm q trình hồn ngun AlCl3 đạt cách cho tiếp xúc pha hữu với ammoniac chứa NaOH Quá trình làm sản phẩm ethylbenzene tiến hành hệ thống tháp chưng Benzene chưa chuyển hóa tuần hồn lại phần đỉnh tháp chưng Tháp thứ để tách ethylbenzene từ phần nặng polyalkyl Sản phẩm đáy nguyên liệu vào tháp chưng cuối, nhằm tuần hoàn polyalkylbenzene ( tách từ phần cặn nặng có khối lượng phân tử lớn khơng tuần hồn ) Phần cặn dầu lỗng chứa hợp chất hydrocacbon thơm đa vòng dùng làm nhiên liệu để đốt cháy Do hỗn hợp alkyl hóa cho phép có lượng nhỏ nước, benzene tuần hoàn benzene phải làm khô trước đưa vào thiết bị phản ứng Nước khơng làm tăng q trình ăn mịn mà cịn làm giảm hoạt tính xúc tác Việc tách nước benzene tiến hành thiết bị chưng tách Figure Homogeneous liquid-phase alkylation process for ethylbenzene production a) Benzene drying column; b) Alkylation reactor; c) Catalyst preparation tank; d) Transalkylator; e) Flash drum; f) Vent gas scrubbing system; g) Decantor; h) Neutralization system 10 tử benzene Do đó, sản phẩm phụ alkyl hóa hydrocacbon thơm tạo thành cơng nghệ Mobil-Badger cao so với cơng nghệ Friedel Crafts Các thành phần không ảnh hưởng tới độ tinh khiết ethylbenzene tuần hoàn lại thiết bị phản ứng cho trình chuyển mạch alkyl dealkyl hóa Hệ xúc tác dị thể Mobil-Badger có nhiều ưu điểm so với công nghệ khác Ưu điểm lớn khơng ăn mịn khơng nhiễm Xúc tác chất silica-alumina, trơ với môi trường Do khơng có nước thải từ q trình nên loại bỏ thiết bị xử lý nước thải thu hồi xúc tác Hơn nữa, vật liệu chế tạo thiết bị thép C, không yêu cầu hợp kim lớp gạch bao phủ Thiết bị phản ứng vận hành 400-450oC, áp suất 2-3 Mpa ( 20-30 bar ) Ở nhiệt độ này, > 99% lượng nhiệt vào nhiệt tỏa từ phản ứng tận dụng để sản xuất nước Phần phản ứng bao gồm hai thiết bị phản ứng đa tầng hoạt động song song, thiết bị gia nhiệt lò đốt thiết bị thu hồi nhiệt Xúc tác hoạt tính cao cho phép q trình chuyển mạch alkyl alkyl hóa xảy đồng thời thiết bị phản ứng đơn Xúc tác hoạt tính chậm q trình tạo cốc yêu cầu tái sinh định kì Quá trình tái sinh tiến hành 36h cần thiết sau 6-8 tuần vận hành Xúc tác có độ nhạy với nước, S chất độc khác thấp so với xúc tác acid Lewis Sản phẩm phản ứng dạng qua phần tinh chế Hơi sử dụng làm nguồn nhiệt cho tháp chưng Mục đích tháp thu hồi benzene chưa phản ứng cho tuần hoàn lại tháp phản ứng Ethylbenzene lấy đỉnh tháp chưng thứ 2.Sản phẩm đáy từ tháp chuyển sang tháp cuối cùng, tháp tuần hoàn alkylbenzene polyalkylbenzene 39 tách từ phần cặn nặng khơng tuần hồn Phần cặn có độ nhớt thấp chứa diphenylmethane diphenylethane, sử dụng làm nhiên liệu đốt Cơng nghệ Mobil- Badger cịn sử dụng nguồn ngun liệu ethylene lỗng Cơng nghệ vận hành nguyên liệu pha chứa lượng nhỏ 15% mol ethylene e Lựa chọn công nghệ Qua việc so sánh đánh giá công nghệ, em nhận thấy công nghệ Mobil- Badger sản xuất Ethylbenzene phương pháp Alkyl hóa Xúc tác Zeolite, tiến hành pha lỏng có nhiều ưu điểm bật, phải kể đến : - Nguồn nguyên liệu đa dạng, nguồn polymer grade ethylene cịn từ nguồn ethylene lỗng - Xúc tác có hoạt tính cao, nhạy với chất nước, hợp chất chứa S chất độc khác so với xúc tác acid Lewis Độ ổn định xúc tác cao - Xúc tác dị thể khơng ăn mịn, khơng nhiễm dẫn tới giá thành vận hành thấp, loại bỏ khâu xử lý nước thải thu hồi xúc tác ( bỏ thiết bị rửa trung hòa ) - Do độ chọn lọc xúc tác cao Lượng sản phẩm phụ sinh ít, sản phẩm ethylbenzene thu có độ tinh khiết cao 99.9% - Năng suất cao, giảm giá thành sản xuất - Vốn đầu tư giá thành chế tạo thiết bị thấp thiết bị khối phản ứng làm từ vật liệu thép Cacbon, không cần dùng hợp kim đặc biệt phủ bề mặt Từ em lựa chọn cơng nghệ Mobil- Badger để thiết kế dây chuyền sản xuất Ethylbenzene 40 Phần Thiết kế dây chuyền sản xuất Sơ đồ 41 Phần Tính tốn cơng nghệ * Số liệu ban đầu : - Năng suất : 35000 tấn/năm - Hiệu suất q trình : + Alkyl hóa : 90% + Chuyển mạch Alkyl : 92% + Chưng Benzene : 95% + Thiết bị ngưng tách khí : 98% + Chưng Ethylbenzene : 90% + Tách polyethylbenzene : 93% + Hiệu suất chung : 64.5% - Độ tinh khiết sản phẩm : 98.5% I Tính cân vật chất Dây chuyền hoạt động liên tục 24/24 Trong năm tổng thời gian làm việc 350 ngày, lại thời gian sửa chữa bảo dưỡng thiết bị Năng suất tính cho : 35000*103 / (350*24) = 4166.67 ( kg/h ) Độ tinh khiết sản phẩm : 98.5% Lượng Ethylbenzene thu thực tế : 4166.67*0.985 = 4104.17 ( kg/h ) Hiệu suất chung trình : 64.5% (1) C6H6 + C2H4 → C6H5 - C2H5 Khi hiệu suất = 100%, lượng ethylbenzene thu : 4104.17 / 0.645 = 6363.05 ( kg/h ) Theo PT (1) : n C2H4 = n C6H5 - C2H5 = 6363.05 / 106 = 60 ( kmol/h ) Vậy lượng C2H4 cần dùng cho phản ứng : 60*28 = 1680 ( kg/h ) Ethylene nguyên liệu chứa : 93% C2H4, 7% C2H6 42 Vậy tổng lượng nguyên liệu Ethylene nguyên liệu cần dùng : 1680 /0.93 = 1806.5 ( kg/h ) Trong lượng C2H6 : 1806.5*0.07 = 126.5 ( kg/h ) Tháp Alkyl hóa chuyển mạch Alkyl Trong tháp Alkyl hóa xảy hai phản ứng sau : C6H6 x(kmol) + C2H4 → C6H5 - C2H5 ← x(kmol) ← x (kmol) C6H5 - C2H5 + C2H4 y (kmol) ← y (kmol) → C6H4 - ( C2H5 )2 (1) (2) ← y (kmol) Do hiệu suất tháp alkyl hóa 90% : n C6H5 - C2H5 = 0.9 n C2H4 Ta có hệ : x + y = 60 x – y = 0.9 ( x + y ) Giải hệ có : x = 57; y = ( kmol ) Lượng ethylbenzene khỏi tháp a : 0.9*60 = 54 ( kmol/h ) = 54*106 = 5724 ( kg/h ) Lượng diethylbenzene khỏi tháp a : 3*134 = 402 ( kg/h ) Hiệu suất tháp tách polyethylbenzene 93% Lượng diethylbenzene tuần hoàn lại tháp b : 402*0.93 = 373.86 ( kg/h ) = 373.86 / 134 = 2.79 (kmol/h ) Trong tháp b chuyển mạch alkyl xảy pư : C6H4 - ( C2H5 )2 + C6H6 → C6H5 - C2H5 (3) Hiệu suất pư (3) 92% n C6H5 - C2H5 = ndiethylbenzen = 2*(2.79*0.92) = 5.13 ( kmol/h ) Lượng ethylbenzene khỏi tháp b : 5.13*106 = 543.78 ( kg/h ) Lượng diethylbenzene khỏi tháp b : (2.79*0.08)*134 = 29.9 ( kg/h ) Tổng lượng benzene pư hai tháp a, b : 57+(2.79*0.92) = 59.56 ( kmol/h ) 43 Chọn tỷ lệ : Benzene vào a, b / benzene khỏi a, b = Lượng benzene khỏi a,b : 29.78 ( kmol/h ) Lượng benzene vào hai tháp a, b : 59.56+29.78 = 89.34 ( kmol/h ) Chọn tỷ lệ Benzene vào a / benzene vào b = Lượng benzene vào b = 14.89 ( kmol/h ) = 14.89*78 = 1161.42 ( kg/h ) Lượng benzene vào tháp a : 89.34 – 14.89 = 74.45 ( kmol/h ) = 74.45*78 = 5807.1 ( kmol/h ) Lượng benzene khỏi tháp a : 74.45-57 = 17.45 ( kmol/h ) = 17.45*78 = 1361.1 ( kg/h ) Lượng benzene khỏi tháp b : 14.89-(2.79*0.92) = 12.32 ( kmol/h ) = 12.32*78 = 961.21 ( kg/h ) Cân vật chất tháp alkyl hóa : Lượng chất vào Lượng chất Thành phần Ethylene Ethane Benzene Khối lượng 1680 128.5 5807.1 Tổng 7615.6 Khối Thành phần lượng Ethylbenzene 5724 Diethylbenzene 402 Benzene dư 1361.1 Ethane 128.5 Tổng 7615.6 44 Cân vật chất tháp chuyển mạch alkyl : Lượng chất vào Lượng chất Thành phần Khối lượng Benzene 1161.4 Diethylbenzene 373.86 Tổng 1535.3 Khối Thành phần lượng Ethylbenzene 543.78 Diethylbenzene 29.9 Benzene dư 961.21 Tổng 1534.9 Tháp chưng benzene Tổng lượng benzene khỏi hai tháp a, b để vào tháp c : 1361.1+961.21 = 2322.31( kg/h ) Hiệu suất tháp chưng benzene : 95% Lượng benzene khỏi đỉnh tháp c vào hai tháp a,b : 89.34*78 = 6968.52 ( kg/h ) Lượng benzene khỏi đáy tháp c : 6968.52*5/95 = 366.76 ( kg/h ) Tổng lượng benzene vào tháp c : 6968.52/0.95 = 7335.28 ( kg/h ) Vậy lượng benzene từ tháp rửa d vào tháp c : 7335.28-2322.31 = 5012.97 ( kg/h ) Tổng lượng ethylbenzene từ a, b sang tháp c : 5724+543.78 = 6267.78 ( kg/h ) Tổng lượng diethylbenzene từ a, b sang c : 402+29.9 = 431.9 ( kg/h ) 45 Cân vật chất tháp c Lượng chất vào Lượng chất Thành phần benzene từ a, b benzene từ d Ethylbenzene Diethylbenzene Ethane Tổng Khối Thành phần lượng benzene đỉnh 6968.5 benzene đáy 366.76 Ethylbenzene 6267.8 Diethylbenzene 431.9 Ethane 128.5 Tổng 14163 Khối lượng 2322.3 5012.9 6267.8 431.9 128.5 14163 Tháp rửa khí d Hiệu suất tháp rửa d 98% Lượng ethane khỏi đỉnh tháp : 128.5*0.98 = 125.93 ( kg/h ) Lượng lại đáy tháp : 128.5-125.93 = 2.57 ( kg/h ) Cân vật chất tháp rửa khí d : Lượng chất vào Lượng chất Thành phần Benzene vào Ethane vào Khối lượng 5012.9 128.5 Tổng 5141.4 Thành phần benzene Ethane đỉnh Ethane đáy Tổng Tháp chưng ethylbenzene Lượng ethylbenzene vào tháp e : 6267.8 ( kg/h ) Hiệu suất tháp chưng ethylbenzene = 90% Lượng ethylbenzene thu đỉnh tháp : 46 Khối lượng 5012.9 125.93 2.57 5141.4 6267.8*0.9 = 5641.02 ( kg/h ) Lượng sản phẩm đỉnh, sau lấy 4166.67 ( kg/h ) sản phẩm Trong đó, ethylbenzene chiếm 4104.17 kg/h, lại tạp chất ( độ tinh khiết sp 98.5% ) Lượng lại cho hồi lưu lại tháp chưng Vậy lượng ethylbenzene hồi lưu lại tháp e : 5641.02-4166.67 = 1474.35 ( kg/h ) Lượng lại đáy tháp : 6267.8-5641.02 = 626.78 ( kg/h ) Cân vật chất tháp e : Lượng chất vào Thành phần Khối lượng Benzene 366.76 Diethylbenzene 431.9 Ethylbenzene 6267.8 Tổng 7066.5 Lượng chất Thành phần Benzene Diethylbenzene Ethylbenzene đỉnh Ethylbenzene đáy Ethylbenzene hồi lưu Tổng Khối lượng 366.76 431.9 4166.7 626.78 1474.4 7066.5 Tháp chưng diethylbenzene Lượng diethylbenzene vào tháp f : 431.9 ( kg/h ) Hiệu suất tháp f 93% Lượng sản phẩm đỉnh thu : 431.9*0.93 = 401.67 ( kg/h ) Trong lượng tuần hoàn lại tháp b : 373.86 ( kg/h ) Còn lại phần đem hồi lưu lại tháp chưng : 401.67 - 373.86 = 27.81 ( kg/h ) Lượng diethylbenzene lại đáy tháp : 431.9 - 401.67 = 30.23( kg/h ) 47 Cân vật chất tháp chưng diethylbenzene Lượng chất vào Thành phần Benzene Ethylbenzene Diethylbenzene Tổng Khối lượng 366.76 626.78 431.9 4125.4 Lượng chất Thành phần Benzene ethylbenzene Diethylbenzene sang b Diethylbenzene đáy Diethylbenzene hồi lưu Tổng Khối lượng 366.76 626.78 373.86 30.23 27.81 4125.4 II Tính cân nhiệt lượng Tháp alkyl hóa tiến hành nhiệt độ 177oC nên trước vào tháp phản ứng cần gia nhiệt hỗn hợp đầu Nhiệt độ nguyên liệu vào 25oC, nhiệt độ khỏi heater chọn nhiệt độ phản ứng 177 oC Cân nhiệt lượng qua heater Nhiệt lượng nguyên liệu mang vào gồm : benzen ethylen kĩ thuật Ở 25oC, benzen vào có Cp = 0.42 ( kcal/kg.độ ) QBz = Gbz*Cbz*tbz = 5807.1*0.42*25 = 60974.55 ( kcal/h ) Thành phần ethylen vào : C2H4 93% , C2H6 7% Ở 25 oC , nhiệt dung riêng : - Ethylen Cp = 0.36 ( kcal/kg.độ ) - Ethan có Cp = 0.51 ( kcal/kg.độ ) Nhiệt dung riêng hỗn hợp ethylen nguyên liệu n C   x i  C i = 0.36*0.93+0.51*0.07 = 0.37 (kcal/kg.độ ) i 1 Qetylen = Getylen*Cetylen*tetylen = 1808.5*0.37*25 = 16728.62 ( kcal/h ) 48 Qngl vào = QBz +Qetylen = 60974.55+16728.62 = 77703.175 ( kcal/h ) Ở 177 oC : - Benzen có Cp = 1.6 ( kcal/kg.độ ) - Etylen có Cp = 2.063( kcal/kg.độ ) - Ethan Cp = 2.402 ( kcal/kg.độ ) Nhiệt dung riêng hỗn hợp ethylen nguyên liệu n C   x i  C i = 2.063*0.93+2.402*0.07 = 2.087 (kcal/kg.độ ) i 1 Qetylen = Getylen*Cetylen*tetylen = 1808.5*2.087*177 = 667971.66 ( kcal/h ) QBz = Gbz*Cbz*tbz = 5807.1*1.6*177 = 1644570.72 ( kcal/h ) Qngl = QBz +Qetylen = 1644570.72 +667971.66 = 2312542.38 ( kcal/h ) Phương trình cân nhiệt : Qngl vào +Q = Qngl Lượng nhiệt cần cung cấp để gia nhiệt hỗn hợp đầu : Q hơi= 2312542.38 - 77703.175 = 2234839.205 ( kcal/h ) Tính cân nhiệt lượng cho thiết bị alkyl hoá : Phương trình cân nhiệt lượng có dạng tổng qt sau: Qngl + Qtỏa = Qsp + Qmm + Qthừa Nhiệt lượng nguyên liệu mang vào : Qngl = Qngl = 2312542.38 ( kcal/h ) Phản ứng : C6H6 + C2H4 → C6H5 - C2H5 ΔH = -114 ( kJ/mol ) Q tỏa = nC2H4* H = 54000*(-114)*0.24 = -1471554.864 ( kcal/h ) Qsp = nsp*ΔHsp= 54000*46.31*0.24 = 600177.6 ( kcal/h ) Q vào=Qngl+Qtỏa = 2312542.38 + 1471554.864 = 3784097.24( kcal/h ) 49 Qmm = 5% Q vào = 0.05*3784097.24 = 189204.86 ( kcal/h ) Vậy lượng nhiệt thừa dùng cho việc sản xuất : Qthừa = Q vào- (Qsp + Qmm) = 3784097.24 - ( 600177.6+189204.86) Qthừa = 2994714.78 ( kcal/h ) Bảng cân nhiệt lượng : Nhiệt lượng vào tháp Qngl 2312542.38 Qtỏa 1471554.86 Tổng 3784097.24 Nhiệt lượng mang Qsp 600177.6 Qmm 189204.86 Qthừa 2994714.78 Tổng 3784097.24 50 III Vẽ thiết bị 51 Kết luận Sau trình tìm hiểu, nghiên cứu thiết kế, hướng dẫn nhiệt tình TS.Nguyễn Hồng Liên, em hồn thành đồ án mơn học với đề tài : Thiết kế phân xưởng sản xuất ethylbenzene phương pháp alkyl hóa, sử dụng cơng nghệ hãng Mobil Badger suất 35000 tấn/năm Trong đồ án em giải vấn đề sau : - Giới thiệu công nghệ sản xuất ethylbenzen giới - Lựa chọn công nghệ thiết kế - Thiết kế dây chuyền sản xuất - Tính tốn cơng nghệ Do thời gian tìm hiểu khơng nhiều nên đồ án em nhiều điểm thiếu sót, mong góp ý bổ sung thầy để đồ án hồn thiện Em xin chân thành cảm ơn ! 52 TÀI LIỆU THAM KHẢO Phạm Thanh Huyền, Nguyễn Hồng Liên, Công nghệ tổng hợp hữu hóa dầu, NXB KHKT, 2006 Ullmann’s encyclopedia of Industrial Chemistry Robert Allen Meyers, Handbook of petrochemicals production processes http://www.scribd.com/doc/24119003/Ethyl-Benzene-Project-Report http://www.cbi.com/services/ethylbenzene-styrene.aspx http://www.polimerieuropa.com/it/pdf/Ethylbenzene-A4.pdf http://eyeteck.vn/ncht/cong%20nghe%20hoa%20hoc/chuong%201.qua%20trinh%20Alky l%20hoa.htm https://dspace.ist.utl.pt/bitstream/2295/51651/1/Petrochemical_proces ses.ppt http://www.sbioinformatics.com/design_thesis/Ethyl_Benzene/Ethyl2520Benzene_Methods-2520of-2520Production.pdf 10 http://www.engineeringtoolbox.com/material-properties-t_24.html 11 http://en.wikipedia.org 12 Sổ tay trình thiết bị cơng nghệ hóa chất tập 1, 13 Sổ tay hóa lý 53 ... Badger Styrene để sản xuất SM cách dehydro hóa ethylbenzene Hầu hết SM sản xuất giới dùng phương pháp Styrene sản xuất sản phẩm phụ công nghệ sản xuất propylene oxide phương pháp ethylbenzene hydroperoxide... triệu ethylbenzene sản xuất hàng năm, gần tất dùng cho sản xuất SM Cho tới năm 1980, ethylbenzene sản xuất chủ yếu cơng nghệ alkyl hóa pha lỏng xúc tác AlCl3 Và năm lần ethylbenzene sản xuất quy... hợp C8 Ít 1% ethylbenzene sản xuất từ trình này, thường kết hợp với sản xuất Xylene từ sản phẩm q trình reforming Dù cơng nghệ hấp phụ phát triển, chủ yếu công nghệ EBEX UOP Sản xuất ethylbenzene